Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Smartes Tuning für Super-Computer und Mini-Rechner

06.11.2013
EU fördert innovativen Ansatz zur Optimierung moderner Rechensystemen mit 4,2 Millionen Euro. Das Projekt "Programming Large Scale Heterogeneous Infrastructures" wird von der Uni Ulm koordiniert und läuft seit September 2013.

Moderne Rechnersysteme stoßen heute immer stärker an ihre Leistungsgrenzen. Dies gilt für sogenannte eingebettete Systeme, wie sie in jedem Handy, Camcorder oder neueren Fotoapparat Verwendung finden.


Die Abbildung zeigt eine Wärmeflusssimulation in einem Rechenzentrum. Solche Simulationen sind vom Rechenaufwand äußerst aufwendig

Computersimulation: HLRS

Denn während die Geräte selbst immer kleiner werden, steigen die technischen Anforderungen. Aber auch Supercomputer sind davon betroffen. Zwar sind heutzutage bis zu einer Trillion (10 hoch 18) Rechenoperationen pro Sekunde möglich, doch zu programmieren sind diese Großrechner außerordentlich schwer. Früher wurden wachsende Leistungsanforderungen durch immer schnellere Prozessoren ausgeglichen.

„Doch seit 2006 ist das Potential herkömmlicher Rechnereinheiten weitestgehend ausgeschöpft, sodass zur Leistungssteigerung in den Rechnern vor allem die Prozessorenanzahl und deren Spezialisierungsgrad erhöht wird“, so Professor Stefan Wesner.

Der Leiter des Instituts für Organisation und Management von Informationssystemen (OMI) der Universität Ulm koordiniert ein internationales Forschungsprojekt, das von der Europäischen Union nun mit 4,2 Millionen Euro gefördert wird. „POLCA“, so die Abkürzung, steht für „Programming Large Scale Heterogeneous Infrastructures“, und hat zum Ziel, die Nutzbarkeit und Energieeffizienz moderner Rechensysteme durch optimierte Programmierung deutlich zu verbessern.

Das POLCA-Konsortium vereint Experten aus den Bereichen eingebettete Systeme und Hochleistungsrechnen. Eingebunden sind dabei Industrie- und Forschungspartner aus zwei Firmen und sechs Forschungseinrichtungen aus ganz Europa. Zum Forschungsverbund gehören neben den Universitäten Stuttgart, Ulm und Twente (Niederlande) das belgische „Centre d’Excellence en Technologies de l’Information et de la Communication“ (CETIC), die „Fundacion IMDEA Software“ und „Universidad Politécnica de Madrid“ aus Spanien, der britische Hardware-Hersteller „MAXELER Technologies Limited“ sowie der Chip-Hersteller „RECORE Systems“ aus den Niederlanden.

Die Leistungsfähigkeit eingebetteter Systeme voll ausschöpfen

Insbesondere moderne eingebettete Systeme, wie sie in Smartphones, Navis und DVD Playern Verwendung finden, haben mit den zunehmenden Leistungsanforderungen zu kämpfen. Nur durch die Parallelisierung und Spezialisierung im Einsatz von Recheneinheiten können hier noch Spielräume nach oben geschaffen werden. „Mögliche Kapazitäten werden hier aber nicht ausgeschöpft, weil die Programmierung nicht wirklich an die Systemeigenschaften der Hardware angepasst ist“, erklärt Wesner.

Das Ziel der Wissenschaftler ist es nun, die Leistungsfähigkeit eingebetteter Systeme an die von Hochleistungsrechnern heranzuführen, und zwar allein durch den Einsatz optimierter Programme. „Dies ist nicht zuletzt entscheidend für die Verwendung hochspezialisierter Mikrocontroller, wie sie beispielsweise bei der Radaranalyse, der Erdbeben-Vorhersage oder der Suche nach Ölquellen angewendet werden“, erklärt Professor Manuel Carro von IMDEA.

Hochleistungsrechner und Supercomputer sind äußerst schwer programmierbar

Parallelisierung und Spezialisierung sind aber auch ein Problem für das Hochleistungsrechnen, also den Einsatz von Supercomputern. „Die Entwickler dieser Rechensysteme haben hier vor allem mit der Kombination vielfältiger hochspezialisierter Recheneinheiten zu kämpfen, die notwendig ist, um immer spezielleren Anforderungen gerecht werden zu können“, ergänzt Dr. Colin Glass vom Höchstleistungsrechenzentrum (HLRS) Stuttgart. „Moderne Supercomputer sind nicht mehr so homogen. Das macht eine effiziente Programmierung umständlich und aufwändig. Weltweit gibt es nur eine Handvoll Experten, die das überhaupt noch können“, meint Glass.

POLCA greift dort, wo klassische Ansätze nicht weiterkommen

Der POLCA-Ansatz greift dort, wo die klassischen Konzepte zur Leistungssteigerung nicht mehr weiter helfen: Durch die Entwicklung eines übergreifenden Programmiermodells und der dazugehörigen Werkzeuge soll der Programmierer die spezifischen Hardwareeigenschaften besser ausnutzen und in ein übergeordnetes System integrieren können. Anders gesagt: das POLCA-Programmiermodell ermöglicht es, Anwendungen über ein breites Spektrum von Prozessortypen zu verteilen.“ Damit bereitet das Projekt den Weg für die nächste Generation von Anwendungen, die eine Vielzahl unterschiedlichster Prozessortypen gleichzeitig adressieren müssen“, erläutert Projektkoordinator Stefan Wesner.

Die Wettbewerbsfähigkeit europäischer Hersteller verbessern.

Möglicherweise lässt sich damit langfristig auch die Wettbewerbsfähigkeit europäischer Hardware-Hersteller verbessern, denn obwohl in Europa einige der besten spezialisierten Prozessoren hergestellt werden, dominieren noch immer die USA den Prozessor-Markt. „Die POLCA-Programmierung wird uns dabei helfen, die Kapazitäten moderner Rechner-Systeme besser auszuschöpfen ohne dabei an spezielle Anbieter gebunden sein“, hoffen die europäischen Projektpartner. Das Dilemma bisher: „Hoch spezialisierte Systeme wie Maxeler‘s Datenfluss-Rechner liefern bereits jetzt schon hohe Effizienzsteigerungen, sind allerdings noch immer schwer zu programmieren“, so Oliver Pell von Maxeler Technologies. Der System-Hersteller weiter: „Durch einen neuen Programmieransatz wie POLCA kann dieser Aufwand beträchtlich reduziert werden, sodass diese hoch spezialisierten Hardware-Systeme für ein breites Kundenspektrum interessant werden“.

„Moderne System müssen zudem zunehmend durch den Programmierer rekonfiguriert werden können. Das erweitert zwar das Anwendungsspektrum, erfordert aber zusätzliches Hardware-Verständnis“, so Lotfi Guedria von CETIC. „Dabei ist die Entwicklung spezialisierter Systeme an sich schon hoch komplex“, ergänzt Dr. Gerard Rauwerda von Recore Systems. „Solche Systeme optimal zu nutzen heißt, die Probleme von beiden Seiten aus anzugehen – POLCA adressiert dieses Problem zum großen Vorteil des Programmierers“, sind sich die Projektpartner einig. Die nächsten 3 Jahre werden sie genau daran arbeiten.

Verantwortlich: Andrea Weber-Tuckermann

Willi Baur | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-ulm.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft
27.04.2017 | Kompetenzzentrum - Das virtuelle Fahrzeug Forschungsgesellschaft mbH

nachricht Ergonomie am Arbeitsplatz: Kamera erkennt ungesunde Bewegungen
24.04.2017 | IPH - Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie